王之偉

（華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310014）

探究海量、高清、多屏視頻驅(qū)動(dòng)下的新一代CDN設(shè)計(jì)

王之偉

（華信咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州310014）

CDN指的是內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展不斷進(jìn)步，主要目的是拓展IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬，從而提高業(yè)務(wù)的QoS。近幾年，CDN的發(fā)展有所減緩，因此，以現(xiàn)階段CDN對(duì)業(yè)務(wù)的需要為基點(diǎn)，對(duì)新一代CDN的設(shè)計(jì)問(wèn)題及難點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，強(qiáng)調(diào)了CDN需要引入的重要技術(shù)，并對(duì)其作用作出說(shuō)明，希望能為新一代CDN的發(fā)展提出建設(shè)性的建議。

內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)；IP帶寬；互聯(lián)網(wǎng)；傳輸性能

近年來(lái)，P2P技術(shù)得到了大力發(fā)展，而CDN技術(shù)的應(yīng)用一度有所停滯，業(yè)界對(duì)CDN的發(fā)展前景不太樂(lè)觀。隨著IP帶寬的增加，可以對(duì)信息進(jìn)行集中處理。但隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展，工作人員發(fā)現(xiàn)IP的帶寬增長(zhǎng)速度并不能滿足信息處理的需要，因此，CDN技術(shù)重新受到了重視。目前，一些大型通信公司，比如華為、中興等對(duì)新一代CDN的研究投入加大，推出了具有高清、多屏、海量、多格式等突出優(yōu)點(diǎn)的新一代CDN產(chǎn)品。

1 CDN簡(jiǎn)介

CDN全稱為Content Deilivery Network，也就是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。它的基本原理是避免接觸互聯(lián)網(wǎng)中對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速度以及傳輸穩(wěn)定性的部分，提高傳輸過(guò)程的快速性和穩(wěn)定性。它是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，通過(guò)在各個(gè)部分設(shè)置節(jié)點(diǎn)服務(wù)器構(gòu)建出新的一層智能化的虛擬網(wǎng)絡(luò)，使得用戶所需要的信息傳送到離用戶最近的節(jié)點(diǎn)服務(wù)器內(nèi)使之可就近取得。CDN的應(yīng)用會(huì)大大減輕網(wǎng)絡(luò)的擁堵情況，提高傳輸?shù)男阅堋?/p>

2 新一代CDN的需求內(nèi)容

2.1 對(duì)視頻的高清、海量要求

現(xiàn)階段，我國(guó)的寬帶接入從開(kāi)始的ADSL向FTTH進(jìn)行發(fā)展的轉(zhuǎn)變，接入速度得到了很大提升，完全滿足了人們對(duì)視頻清晰度的要求，向著高清方向迅速發(fā)展。而不同人群的口味不同，對(duì)視頻節(jié)目的需求度也不同。

隨著視頻內(nèi)容的豐富，人們希望可以搜尋到各種各樣的內(nèi)容，包括一些小眾型節(jié)目，這就要求視頻量加大，滿足海量要求。我國(guó)的視頻流量據(jù)統(tǒng)計(jì)已經(jīng)占據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的2/3，在超寬帶時(shí)代的背景下，互聯(lián)網(wǎng)視頻的高清海量發(fā)展方向有著美好的未來(lái)。

2.2 對(duì)內(nèi)容要求多屏、多格式

接入帶寬的發(fā)展帶來(lái)的不僅僅是視頻清晰度與數(shù)量的提升，家庭帶寬的應(yīng)用也會(huì)向著多屏、多格式方向發(fā)展。視頻業(yè)務(wù)隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展不再只由電視提供，未來(lái)視頻的發(fā)展方向是在不同的終端上體驗(yàn)同一種業(yè)務(wù)，且體驗(yàn)感覺(jué)達(dá)到一致，對(duì)多屏的要求也應(yīng)運(yùn)而生。多屏業(yè)務(wù)指的是通信部門與廣電進(jìn)行合作，將視頻內(nèi)容引入到不同終端并使之播放水平達(dá)到完全相同，可以進(jìn)行無(wú)縫連接。該業(yè)務(wù)可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)保障人們利用各種播放設(shè)備來(lái)觀看節(jié)目，實(shí)現(xiàn)視頻業(yè)務(wù)在控制、承載與業(yè)務(wù)方面的完美結(jié)合，將帶給人們?nèi)碌捏w驗(yàn)。

2.3 對(duì)CDN的擴(kuò)展性與可靠性要求

為了使CDN可以跟得上科技的進(jìn)步與人們不斷提出的新要求，需要提高CDN的適應(yīng)能力，具有更高的拓展性與可靠性，具體分為4點(diǎn)：①CDN可以隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展對(duì)新的業(yè)務(wù)需求提供支持；②可以對(duì)未來(lái)將出現(xiàn)的新業(yè)務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展，升級(jí)至滿足要求的水平層面；③具備一定的容錯(cuò)率，及時(shí)糾正，穩(wěn)定性良好；④容量擴(kuò)充時(shí)，不會(huì)影響CDN的正常工作，具備優(yōu)良的擴(kuò)充容量的能力。

3 CDN發(fā)展亟需引入的核心技術(shù)

3.1 管道化技術(shù)

CDN向管道化方向發(fā)展是解決大量不同視頻業(yè)務(wù)分別傳送的唯一途徑，該技術(shù)的理念是在IP網(wǎng)絡(luò)上疊加新的內(nèi)容傳輸層，將CDN從應(yīng)用層面轉(zhuǎn)向傳輸層面。為了實(shí)現(xiàn)CDN的管道化，需要將CDN的各個(gè)組成部分進(jìn)行明確的區(qū)分，并進(jìn)行定義，分別設(shè)置內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)。內(nèi)部系統(tǒng)由媒體服務(wù)與指令、用戶調(diào)度組成，外部系統(tǒng)主要由與視頻業(yè)務(wù)有關(guān)的功能部件組成。

管道化還應(yīng)解決一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題——把網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)聯(lián)接口統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這樣方便各單元直接的信息傳輸。在不久的將來(lái)，全球化的CDN將會(huì)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)全球性質(zhì)的信息傳送與共享。

3.2 實(shí)現(xiàn)視頻格式的無(wú)關(guān)化

目前，視頻的主流格式由傳統(tǒng)的WMV、Real逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镕lv、MPG、TS等，而最開(kāi)始建設(shè)的CDN是為傳統(tǒng)視頻格式服務(wù)的，達(dá)不到當(dāng)今主流視頻格式的播放要求。傳統(tǒng)的CDN是采取PUSH機(jī)制處理視頻內(nèi)容發(fā)送以及媒體服務(wù)，這種機(jī)制需要進(jìn)行多次分發(fā)調(diào)度，不斷對(duì)上一級(jí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定義從而處理業(yè)務(wù)。當(dāng)格式發(fā)生改變時(shí)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要升級(jí)，工作量異常龐大。

針對(duì)此問(wèn)題，新一代的CDN明確地將視頻內(nèi)容發(fā)送模塊與媒體服務(wù)模塊進(jìn)行了區(qū)分，將2個(gè)模塊進(jìn)行了級(jí)聯(lián)，分發(fā)模塊至需要將相關(guān)文件以固定的方法分配到下一級(jí)的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)格式改變時(shí)，只需要對(duì)媒體模塊進(jìn)行升級(jí)，減少了工作量，不會(huì)對(duì)CDN的全部網(wǎng)絡(luò)造成影響。

3.3 自適應(yīng)流媒體

目前，網(wǎng)絡(luò)的大環(huán)境為三網(wǎng)融合，因此，用戶在體驗(yàn)視頻業(yè)務(wù)時(shí)可以通過(guò)多種終端利用多屏功能實(shí)現(xiàn)，比如，可以利用手機(jī)和電腦同時(shí)觀看在線視頻。不同的終端連接互聯(lián)網(wǎng)的方式是不同的，對(duì)帶寬等指標(biāo)的要求不同，手機(jī)一般使用4G和WiFi連接，帶寬低且傳送不穩(wěn)定。相比之下，家用PC端帶寬高且十分穩(wěn)定，因此，針對(duì)2種不同終端需要準(zhǔn)備的視頻碼率也不同。此時(shí)，我們可以利用CDN根據(jù)不同的終端進(jìn)行碼率的自主切換，這樣比起傳統(tǒng)進(jìn)行外部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的方法方便了很多。

執(zhí)行的具體過(guò)程是將內(nèi)容傳送到CDN中，CDN根據(jù)不同終端生成相應(yīng)碼率的文件，再利用索引文件將不同碼率的文件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。當(dāng)用戶使用多屏功能時(shí)，終端通過(guò)隨意索引文件進(jìn)行自主選擇。這樣CDN為了解決不同碼率文件的調(diào)度，形成了自適應(yīng)流的媒體。

3.4 配置合適的硬件系統(tǒng)

CDN的傳統(tǒng)硬件主要分為2種：①通用服務(wù)器。構(gòu)建成本低，但性能相對(duì)而言較差，在后期對(duì)通用服務(wù)器進(jìn)行維護(hù)管理時(shí)，需要投入更多的成本。②專用硬件。這種CDN硬件系統(tǒng)需要大規(guī)模建設(shè)，成本高，需要大量的資金支持。

現(xiàn)階段，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能不斷提高，新一代CDN主要使用的是X86架構(gòu)的主板。為了滿足性能要求，需要配置高IO的存儲(chǔ)器。目前，CDN硬件系統(tǒng)的限制存在于存儲(chǔ)IO方面。為了達(dá)到存儲(chǔ)IO與容量的平衡，新型CDN主要采用SSD與SATA混插，這種配置方法比起普通的設(shè)備性能提高了5倍以上，總花費(fèi)并沒(méi)有大幅增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)性比較優(yōu)秀。

3.5 CDN調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合

為了使CDN的性能得到提高，對(duì)其優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)在于用戶的請(qǐng)求調(diào)度方面。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)變化的速度比較快，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中狀態(tài)參數(shù)的采集難以實(shí)現(xiàn)。

因此，通常情況下，CDN一般不以網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)作為調(diào)度參數(shù)。涉及到狀態(tài)參數(shù)的CDN產(chǎn)品一般采用的是基于應(yīng)用層的探測(cè)技術(shù)，主動(dòng)去了解網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，這種方法對(duì)應(yīng)用層的探測(cè)使得網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)較重，且僅僅是對(duì)用戶DNS與用戶本身近距離情況下的假設(shè)，不能真實(shí)、準(zhǔn)確反映端與端之間的路徑狀況，有著一定的缺點(diǎn)。

為了解決上述難題，新一代CDN引入了ALTO技術(shù)，該技術(shù)作為IETF的一個(gè)正在實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，是根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行策略的計(jì)算，不會(huì)加重網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中路徑的定位給比較準(zhǔn)確，使用起來(lái)有著很大的優(yōu)越性。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著近期互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，CDN作為一項(xiàng)重要的技術(shù)重新得到了重視。為了滿足IP提速以及高性能的要求，需要對(duì)原有的CDN架構(gòu)進(jìn)行升級(jí)與更新，因此，新一代CDN需要引入關(guān)鍵性的新技術(shù)，提高自身的可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)化，真正地適應(yīng)時(shí)代變化的需要。各種的通信運(yùn)營(yíng)商都在積極建設(shè)新一代CDN，隨著研究的不斷深入，CDN在海量、高清、多屏等性能要求的驅(qū)動(dòng)下，一定會(huì)得到更進(jìn)一步的發(fā)展。

［1］陳益，林寶成，李鑫.廣電網(wǎng)絡(luò)融合視頻分發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃研究［J］.廣播與電視技術(shù)，2015（04）.

［2］李娜.IPTV CDN內(nèi)容調(diào)度策略研究［J］.計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014（23）.

［3］梁潔，陳戈.海量、高清、多屏視頻驅(qū)動(dòng)下的新一代CDN設(shè)計(jì)［J］.廣東通信技術(shù)，2011（09）.

〔編輯：張思楠〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.14.135

2095－6835（2017）14－0135－02